| 研究課題/領域番号 |
21H01616
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| 研究種目 |
基盤研究(B)
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| 配分区分 | 補助金 |
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| 応募区分 | 一般 |
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| 審査区分 |
小区分26020:無機材料および物性関連
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| 研究機関 | 熊本大学 (2022-2023)
東京工業大学 (2021) |
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研究代表者 |
白石 貴久 熊本大学, 先進マグネシウム国際研究センター, 准教授 (50758399)
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| 研究分担者 |
木口 賢紀 熊本大学, 先進マグネシウム国際研究センター, 教授 (70311660)
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| 研究期間 (年度) |
2021-04-01 – 2024-03-31
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| 研究課題ステータス |
完了 (2023年度)
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| 配分額 *注記 |
17,420千円 (直接経費: 13,400千円、間接経費: 4,020千円)
2023年度: 2,730千円 (直接経費: 2,100千円、間接経費: 630千円)
2022年度: 6,890千円 (直接経費: 5,300千円、間接経費: 1,590千円)
2021年度: 7,800千円 (直接経費: 6,000千円、間接経費: 1,800千円)
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| キーワード | 強誘電体薄膜 / 低温合成 / ドメイン構造 / 振動発電 / 鉛系強誘電体 / 低温成膜 / トレードオフ / 圧電特性 / 誘電特性 / その場測定 / (K,Na)NbO3基膜 / 組成拡張 / 圧電性 / 誘電性 / マルチスケール解析 |
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| 研究開始時の研究の概要 |
本研究では、e31とεrの独立制御法を確立し、センサやハーベスタとしての性能を表す指数(FOM)が飛躍的に向上した強誘電体を創出することを目的とする。そのために、水熱製膜内のドメイン構造をマルチスケール解析により解明し、e31とεrへのドメインの寄与を“温度と電界を用いたその場測定”により理解することで、『なぜe31とεrの関係は破れたのか』という学術的問いへの学理を究明する。また、学理が他の強誘電体に応用可能であるかを検討することで、普遍的な材料設計指針を提案する。
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| 研究成果の概要 |
本研究では、高性能な振動発電用材料を開発すべく、高圧電定数と低誘電率を両立するための材料設計指針の確立を目的とした。その結果、分極方向が膜面直方向に揃った自己分極状態を実現することが重要であることを突き止めた。これには、相転移を伴わない低温成膜技術の活用が重要であり、本研究で活用している水熱法が有効な手段であることを提案した。また、幾つかの代表的な強誘電体材料に適応することで、得られた知見と成膜技術の汎用性を示した。
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| 研究成果の学術的意義や社会的意義 |
強誘電体を用いた振動発電用薄膜材料の開発において、圧電定数と誘電率のトレードオフ関係を打開することが困難とされてきた。本研究では、未解決課題に対する有効な材料設計指針を提案した点で学術的意義がある。また、振動発電はバッテリーフリーなデバイスの実現に有効であるとされており、高性能な発電デバイスの実現に資する点で社会的意義は大きい。
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